способ получения оксигуматов из торфа

Формула изобретения

Способ получения оксигуматов из торфа, заключающийся в обработке торфа пероксидом водорода в водном растворе щелочи и отделении жидкой фазы, отличающийся тем, что обработку торфа сначала ведут водным раствором щелочи при ее концентрации от 2 до 10% в течение 15 мин в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об./мин, а затем добавляют пероксид водорода в количестве от 2,5 до 20% от массы абсолютно сухого торфа и проводят окисление при интенсивном кавитационном воздействии от 15 до 60 мин при температуре 60°С при гидромодуле 2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к торфяной промышленности и сельскому хозяйству и может быть использовано для получения поверхностно-активных веществ, стимуляторов роста растений и оксигуминовых удобрений на основе торфа.

Агрохимическая ценность торфа определяется в основном его органической частью (гуминовые и фульвокислоты). Однако вследствие малой доступности органического вещества исходный торф слабо проявляет свойства удобрения. Активатором органического вещества торфа могут быть водные растворы щелочей, которые извлекают гуминовые вещества в виде водорастворимых гуматов [Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере. // Соросовский образовательный журнал. - 1997. - № 2. - С.56-63].

Для повышения выхода гуминовых веществ и увеличения их биологической активности используют окисление гуминовых веществ торфа пероксидом водорода в щелочной среде [Бамбалов Н.Н., Смычник Т.П. Деструкция гуминовых кислот торфа пероксидом водорода. // Вестник АН БССР. Сер. Химическая. - 1986. - № 3. - С.75-78].

Известен способ получения средства для защиты растений от болезней путем окисления торфа или бурого угля пероксидом водорода в количестве 15-30% от органической массы сырья в присутствии щелочи и 0.2-1.5 мас.% азотнокислого кобальта в качестве катализатора с последующим отделением жидкой фазы и добавлением к ней водного аммиака [а.с. СССР № 1624726, кл. A01N 61/00, 1991]. Недостатками известного способа являются: повышенная температура процесса 120°С, длительность процесса до 4 ч, а также необходимость использования в качестве катализатора азотнокислого кобальта.

Известен способ получения средства для защиты растений из торфа путем окисления обработанного гидроксидом натрия торфа перекисью водорода при температуре 120-125°С в течение 1.5 ч в присутствии цеолитового туфа в качестве катализатора в количестве 0.5-2.0 мас.% на органическую массу торфа с последующим отделением жидкой фазы и добавлением в нее раствора аммиака до его содержания в готовом продукте 0.8-1.6 мас.% [патент РФ № 2216172, кл. A01N 61/00, 2003] (прототип).

Недостатками прототипа являются: сравнительно высокая температура процесса 120-125°С, длительность процесса до 1.5 ч, необходимость использования в качестве катализатора цеолитового туфа, а также сравнительно низкая концентрация органических веществ в целевом продукте (34-36 г/л).

Общим признаком для прототипа и заявляемого изобретения является обработка торфа пероксидом водорода в присутствии водного раствора щелочи.

Предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что обработку торфа водными растворами щелочей и пероксидом водорода ведут при интенсивной кавитационной обработке реакционной смеси при 60°С в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин в течение от 30 до 75 мин.

В предлагаемом изобретении недостатки прототипа устраняются следующим образом. Использование интенсивной кавитационной обработки торфа совместно с водным раствором щелочи и пероксида водорода позволяет интенсифицировать технологический процесс: уменьшить температуру от 120 до 60°С и уменьшить продолжительность обработки от 1.5 ч до 30-75 мин. Концентрация водорастворимых органических веществ (гуминовых и фульвокислот) в целевом продукте (жидкая фаза), полученных по предлагаемому способу, составляет до 105 г/л, тогда как в прототипе она составляет 34-36 г/л.

Сущность предлагаемого способа получения оксигуматов заключается в том, что торф сначала обрабатывают 2-10%-ным водным раствором щелочи в течение 15 мин в условиях кавитационного воздействия в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин, а затем в этом же аппарате окисляют пероксидом водорода в количестве от 2.5 до 20% от массы абсолютно сухого торфа при продолжительности от 15 до 60 мин при температуре 60°С и гидромодуле 2.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом. Навеску исходного низинного торфа влажностью 50% массой 2.0 кг обрабатывают в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин в течение 15 мин в суспензии 2.0-10.0%-ных водных растворов щелочей, а затем окисляют пероксидом водорода (в расчете 2.5-20% H₂O₂ от массы абсолютно сухого торфа) при температуре 60°С в условиях кавитационной обработки в течение от 15 до 60 минут при гидромодуле 2÷4. Охлажденную реакционную смесь выгружают и центрифугируют, отделяя жидкую фазу (целевой продукт) от твердого остатка. Определяют в жидкой фазе содержание общего углерода, углерода гуминовых кислот и по их разности содержание углерода фульвокислот (в г/л). Для сравнения количество углерода водорастворимых органических (гуминовых и фульвокислот) определяют в исходном торфе экстракцией 0.1 н щелочным раствором пирофосфата натрия при pH 13 в течение 24 ч по ГОСТу 9517-94.

Пример 1. Навеску исходного низинного торфа влажностью 50% массой 2.0 кг предварительно обрабатывают в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин 2%-ным раствором NaOH при гидромодуле 2, затем добавляют 50%-ный водный раствор пероксида водорода (из расчета 5% H ₂O₂ от массы абсолютно сухого торфа) и полученную водно-щелочную суспензию подвергают окислению в условиях кавитационной обработки при температуре 60°С в течение 15 минут. Охлажденную реакционную смесь выгружают и центрифугируют, отделяя жидкую фазу (целевой продукт) от твердого остатка. Определяют в жидкой фазе содержание общего углерода, углерода гуминовых кислот и по их разности содержание углерода фульвокислот (в г/л). Для сравнения количество водорастворимых органических (гуминовых и фульвокислот) определяют в исходном торфе экстракцией щелочным раствором пирофосфата натрия по ГОСТу 9517-94.

Примеры 2-4 проведены в условиях аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности кавитационной обработки (табл.1). Значительный выход гуминовых веществ наблюдается при продолжительности кавитационной обработки торфа пероксидом водорода уже в течение 30 мин (табл.1). Уменьшение продолжительности кавитационного окисления до 15 мин приводит к снижению концентрации гуминовых веществ в жидкой фазе.

Пример 5. Навеску исходного низинного торфа влажностью 50% массой 2.0 кг предварительно обрабатывают в роторном кавитационном аппарате с частотой вращения ротора 3000 об/мин 4%-ным раствором NaOH при гидромодуле 2, затем добавляют 50%-ный водный раствор пероксида водорода (из расчета 5% H ₂O₂ от массы абсолютно сухого торфа) и полученную водную суспензию подвергают кавитационной обработке при температуре 60°С в течение 30 минут. Охлажденную реакционную смесь выгружают и центрифугируют, отделяя жидкую фазу (целевой продукт) от твердого остатка. Определяют в жидкой фазе содержание общего углерода, углерода гуминовых кислот и по их разности содержание углерода фульвокислот (в г/л).

Примеры 6-8 проведены в условиях, аналогичных примеру 5, но при различной концентрации раствора NaOH (табл.2).

Пример 9 проведен для сравнения в условиях, аналогичных примеру 2, но с использованием в качестве щелочи КОН с концентрацией - 2%. Максимальный выход гуминовых веществ составляет 105 г/л при концентрации NaOH в 10%, что значительно больше, чем в прототипе. Действие KOH оказывается аналогичным действию NaOH той же концентрации, но при несколько большем выходе водорастворимых органических веществ (табл.2).

Примеры 10-13 проведены в условиях, аналогичных примеру 2, но при различном количестве пероксида водорода (табл.3). Максимальная концентрация водорастворимых органических веществ в 24-32 г/л наблюдается при количестве H₂O₂, равном 2.5-20% от массы абсолютно сухого торфа.

Примеры 14 и 15 проведены в условиях, аналогичных примеру 2, но при различном гидромодуле (табл.4). При увеличении гидромодуля от 2 до 3-4 наблюдается некоторое уменьшение содержания водорастворимых органических веществ в жидкой фазе, что обусловлено уменьшением полноты окисления органического вещества торфа при увеличении соотношения торф: окислительный раствор за счет снижения концентрации пероксида водорода. При гидромодуле 2 получают более концентрированные растворы гуминовых веществ (табл.4).

Таким образом, предлагаемый способ за счет кавитационной обработки обеспечивает интенсификацию технологического процесса, получение наиболее высокого выхода водорастворимых органических веществ в целевом продукте (жидкой фазе) более простым и менее энергоемким способом по сравнению с прототипом.

Таблица 1
Влияние продолжительности кавитационной обработки на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа пероксидом водорода в водном растворе NaOH*
Пример	Продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки, мин	Содержание общего углерода (гуминовых и фульвокислот), г/л	Содержание углерода гуминовых кислот, г/л	Содержание углерода фульвокислот, г/л
Исходный торф	-	80	41	39
1	15	22	12	10
2	30	26	15	11
3	45	32	19	13
4	60	39	22	17
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки - 15 мин, количество H2O2 - 5% от массы абсолютно сухого торфа, концентрация раствора NaOH - 2%.

Таблица 2
Влияние концентрации раствора щелочи на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа пероксидом водорода в условиях кавитационной обработки*
Пример	Концентрация раствора щелочи, %	Содержание общего углерода (гуминовых и фульвокислот), г/л	Содержание углерода гуминовых кислот, г/л	Содержание углерода фульвокислот, г/л
Исходный торф	-	80	41	39
2	2	26	15	11
5	4	39	23	16
6	6	75	56	19
7	8	97	86	11
8	10	105	41	64
9	2**	28	16	12
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки - 15 мин, количество H2O2 - 5% от массы абсолютно сухого торфа, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки - 30 мин; ** - в качестве щелочи использован KOH.

Таблица 3
Влияние количества пероксида водорода на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа в условиях кавитационной обработки*
Пример	Количество H2O2, % от массы абсолютно сухого торфа	Содержание общего углерода (гуминовых и фульвокислот), г/л	Содержание углерода гуминовых кислот, г/л	Содержание углерода фульвокислот, г/л
Исходный торф	-	80	41	39
2	5	26	15	11
10	2.5	24	13	11
11	10	29	12	17
12	15	32	11	21
13	20	32	10	22
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки - 15 мин, концентрация раствора NaOH - 2%, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки - 30 мин.

Таблица 4
Влияние гидромодуля на выход водорастворимых органических веществ при окислении торфа в условиях кавитационной обработки*
Пример	Гидромодуль	Содержание общего углерода (гуминовых и фульвокислот), г/л	Содержание углерода гуминовых кислот, г/л	Содержание углерода фульвокислот, г/л
Исходный торф	-	80	41	39
2	2	26	15	11
14	3	24	14	10
15	4	22	13	9
* Время предварительной щелочной кавитационной обработки - 15 мин, концентрация раствора NaOH - 2%, количество H2 O2 - 5% от массы абсолютно сухого торфа, продолжительность окисления в условиях кавитационной обработки - 30 мин.